JPH11237850A - Ｌｅｄ表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】より高輝度で輝度バラツキが少なく、ＬＥＤ素
子の保護も十分で、製造工程も簡単で低コスト化が可能
なＬＥＤ表示装置が要望されている。 【解決手段】ＬＥＤアレイ１は、パターン配線された２
枚の２層構造のプリント配線基板３０，３１を張り合わ
せ、表示側基板３１に開口部２７を設け、その開口部２
７内にＬＥＤ素子３２を実装する。そして、ＬＥＤ素子
３２と実装用のボンディングワイヤ３３を被覆するよう
に、開口部２７にプラスチック性樹脂３８を充填して開
口部２７を封止する。さらに、プラスチック性樹脂３８
を、表示側基板３１の表面に所定の高さまで球面状に盛
り上がるように開口部２７に充填し、レンズ機能を持た
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ用光源、照
明装置または所望の絵柄を表示する装置に適用されて好
適なＬＥＤ素子が２次元的に配置されたＬＥＤ表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＥＤを用いた表示装置や照明装置など
が広く使用されつつある。特にＬＥＤ素子を２次元的に
配置したＬＥＤアレイに、所望の文字や絵などを順次表
示するようにした表示装置は、手軽な広告装置として、
あるいは種々の情報を表示する告知装置などとして広く
普及している。

【０００３】そのような装置を構成する従来のＬＥＤア
レイの例を図８〜図１０に示す。図８に示すＬＥＤアレ
イ７は、プリント基板７１上にＬＥＤ素子７２が２次元
状に配置され、ＬＥＤ素子７２とプリント基板７１上の
回路とはボンディングワイヤ７３により接続されてお
り、そのＬＥＤ素子７２は樹脂コート７４によりコーテ
ィングされて保護されているものである。このように、
ＬＥＤ素子７２の表面を樹脂コート７４でコーティング
しておくことにより、化学的な外部要因からＬＥＤ素子
７２を保護することができる。

【０００４】図９に示すＬＥＤアレイ８も、ＬＥＤアレ
イ７と同様にプリント基板７１上にＬＥＤ素子７２が配
置された構成であるが、保護部材として、ボンディング
ワイヤ７３を含めてＬＥＤ素子７２を被覆するように、
半球状の樹脂ポッティング７５が形成されているもので
ある。このような樹脂ポッティング７５を形成すること
により、物理的な外部要因からも効果的にＬＥＤ素子７
２およびボンディングワイヤ７３を保護することができ
る。

【０００５】また、図１０に示すＬＥＤアレイ９におい
ては、ＬＥＤ素子７２およびボンディングワイヤ７３を
被覆する樹脂を、所定の形状（図１０においては矩形）
にそろえて形成することにより、保護樹脂７６に対し
て、ＬＥＤ素子７２およびボンディングワイヤ７３を保
護するとともに、ＬＥＤ素子７２からの光を適切に放出
するような光学的な特性をも具えるようにしたものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示したようなＬＥＤアレイ７は、物理的な衝撃などに対
する保護がなされていないために、これを用いて表示装
置などを構成する場合にはさらなる保護ケースなどの部
品を必要とするという問題がある。また、このような構
成では、樹脂による光学的な輝度向上は望めず、発光部
の明るさは、ＬＥＤチップの明るさに依存するという問
題もある。また、図９に示したようなＬＥＤアレイ８に
おいては、樹脂ポッティング７５の高さ、広がりなどが
樹脂の粘度と量に依存するために、製作ロットごとある
いはポッティングごとに異なり、発光量にばらつきが生
じるという問題がある。さらに、図１０に示したような
ＬＥＤアレイ９においては、各ＬＥＤ素子７２に対する
保護樹脂７６を全て同一の形状で、また所定の光学的特
性を有するように形成しなければならないため、高精度
な加工が必要であり、コストが高くなるという問題もあ
る。

【０００７】したがって、本発明の目的は、ＬＥＤ素子
が複数搭載されたＬＥＤアレイであって、より高輝度
で、輝度のバラツキが少なく、化学的要因および物理的
要因のいずれからもＬＥＤ素子を保護することができ、
製造工程も簡単で低コスト化が可能なＬＥＤ表示装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のＬＥＤ表示装置は、パターン配線された第
１の基板と、前記第１の基板上の各々所定の位置に配置
された複数のＬＥＤ素子と、前記第１の基板と貼着され
た基板であって、前記第１の基板に配置されている前記
ＬＥＤ素子と対応する箇所の各々に所定の開口部が設け
られ、該ＬＥＤ素子を当該開口部内に収容するような所
定の厚さを有する第２の基板と、前記第１の基板と貼着
された前記第２の基板の前記開口部に充填され、当該開
口部内に配置される前記ＬＥＤ素子を封止する封止部材
とを有する。

【０００９】このような構成のＬＥＤ表示装置は、第１
の基板と、開口部を有する第２の基板を貼着して凹部を
形成し、ここにＬＥＤ素子を配置している。これによ
り、ＬＥＤ素子から発光された光は、底面または側面の
基板で反射されて、基板の前面に出射される。また、こ
れにより、ＬＥＤ素子に対する横方向または下方向から
の物理的な衝撃などは排除される。さらに、この凹部に
樹脂などの部材を充填してＬＥＤ素子を封止しており、
この封止部材が、ＬＥＤ素子に対する化学的要因や物理
的要因を排除する。またその封止部材は、凹部に充填さ
れるので、その量や高さ、表面形状の制御が容易に行
え、所望の光学的特性を有するような発光部を形成する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を参照して説明
する。図１は、第１の実施の形態のＬＥＤアレイ１を示
す図である。図示のごとく、ＬＥＤアレイ１は、パター
ン配線された２枚の２層構造のプリント配線基板３０，
３１を張り合わせ、表示側基板３１に開口部２７を設
け、その開口部２７内にＬＥＤ素子３２を実装してい
る。そして、ＬＥＤ素子３２と実装用のボンディングワ
イヤ３３を被覆するように、開口部２７にプラスチック
性樹脂３８を充填して開口部２７を封止している。さら
に、そのプラスチック性樹脂３８は、表示側基板３１の
表面に所定の高さまで球面状に盛り上がるように開口部
２７に充填されている。また、用途によっては表示側基
板３１の表面とほぼ同じ高さまで開口部２７にプラスチ
ック樹脂３８を充填させることも可能である。

【００１１】図２は、ＬＥＤアレイ１の構造をより詳細
に説明するための、ＬＥＤ実装基板３０および表示側基
板３１の断面図である。ＬＥＤ実装基板３０は、前述し
たように、両面に銅箔２３および銅メッキ層２２により
回路パターンが形成され、絶縁用レジスト２１が印刷さ
れている２層構造のプリント基板である。また、ＬＥＤ
実装基板３０にはバイヤースルーホール２８が１箇所以
上設けられている。このＬＥＤ実装基板３０の、表示側
基板３１との接着面には、ＬＥＤ素子３２を実装するた
めのボンディングパッド２９が、回路パターンと同じ銅
箔２３および銅メッキ層２２と、その上に形成されるワ
イヤボンディング用メッキ層２５の層により形成されて
いる。

【００１２】表示側基板３１も、ＬＥＤ実装基板３０と
同様に、両面にパターンが形成され、絶縁用レジスト２
１が印刷されている２層構造のプリント基板である。こ
の表示側基板３１に形成されるパターンは、通常の回路
パターンでもよいが、本実施の形態のＬＥＤアレイ１に
おいて表示側基板３１のＬＥＤ実装基板３０と貼着され
る面については、ＬＥＤ素子で発生する熱を拡散させる
ためのパターンが形成されている。すなわち、熱伝導率
の高い金属薄膜で形成され、比較的幅が広く、後述する
開口部２７の側面の金属メッキ層２４と接続されたパタ
ーンが形成されている。なお、本実施の形態において
は、このパターンは、ＬＥＤ実装基板３０と同様に、銅
箔２３および銅メッキ層２２により形成されている。

【００１３】表示側基板３１の、図示のごとくＬＥＤ実
装基板３０と貼着した時にＬＥＤ実装基板３０のボンデ
ィングパッド２９が形成されている位置には、ＬＥＤ素
子を実装するためのスペースとなる開口部２７が設けら
れている。そして、この開口部２７の壁面は、光沢のあ
る金属メッキ層２４が形成されており、ＬＥＤ素子から
の光を全反射するとともに、ＬＥＤ素子から発生られる
熱を前述した表示側基板３１の熱拡散用のパターンへ逃
がす役割を果たしている。

【００１４】このようなＬＥＤ実装基板３０と表示側基
板３１は、その間に絶縁接着シート２６が挟まれて、プ
レス成形されることにより接着される。その接着された
基板３０，３１により形成される凹部２７のボンディン
グパッド２９に、ＬＥＤ素子３２を搭載し、その端子を
ワイヤボンディング用メッキ層２５とワイヤボンディン
グにより接続し、この凹部２７に、プラスチック性樹脂
３８を充填することにより、図１に示すようなＬＥＤア
レイ１が構成される。

【００１５】次に、図３を参照して、このＬＥＤアレイ
１のＬＥＤ実装基板３０および表示側基板３１の製造方
法について具体的に説明する。図３は、このＬＥＤ実装
基板３０および表示側基板３１よりなるＬＥＤアレイ１
の基板部分の製造工程を示す流れ図である。まず、基板
を所望の大きさに切断し（ステップＳ１）、孔開け加工
を施して各基板にバイヤースルーホール２８および開口
部２７を形成する（ステップＳ２）。次に、銅メッキの
ための前処理研磨を行い（ステップＳ３）、化学銅メッ
キにより銅箔２３を形成し（ステップＳ４）、電解銅メ
ッキにより銅メッキ層２２を形成する（ステップＳ
５）。メッキ工程が終了したら、回路形成のための前処
理研磨を行い（ステップＳ６）、回路を形成する（ステ
ップＳ７）。

【００１６】回路形成が終了したら、表面処理のための
前処理研磨を行い（ステップＳ８）、表面処理を行う
（ステップＳ９）。この時、具体的には、ＬＥＤ実装基
板３０に対しては、ＮｉＡｕメッキ処理またはＮｉＰｄ
Ａｕメッキ処理を行い、表示側基板３１に対しては、Ｎ
ｉメッキまたはＮｉＰｄＡｕメッキを行う。表面処理が
終了したら、ＬＥＤ実装基板３０と表示側基板３１の間
に加工した絶縁接着シート２６を挟んで多層プレス成形
し、ＬＥＤアレイ１の基板部を成形する（ステップＳ１
０）。成形終了後、外形加工を行い（ステップＳ１
１）、超音波併用のシアン洗浄および純水洗浄を行い
（ステップＳ１２）、最終検査を行い（ステップＳ１
３）、完成となる。

【００１７】このように、第１の実施の形態のＬＥＤア
レイ１によれば、凹部（開口部）２７の側面に金属メッ
キ層２４を形成しているので、ＬＥＤ素子３２からの光
を反射し、ＬＥＤアレイ１の前面に出射することができ
る。したがって、発光部（開口部２７）の輝度を向上さ
せることができる。また、凹部２７にプラスチック性樹
脂３８を流し込むことにより、凹部２７内のＬＥＤ素子
３２およびボンディングワイヤ３３を封止しており、図
９を参照して例示した従来の樹脂ポッティング、あるい
は、図１０を参照して例示した保護樹脂７６に比べて、
簡単な方法により、ＬＥＤ素子３２およびボンディング
ワイヤ３３の保護を行うことができる。また、このよう
な封止方法によれば、安定して均一の樹脂量で封止を行
うことができるため、ＬＥＤアレイ１の各発光部におけ
る輝度のばらつきが低減され、光量の均一な高性能なＬ
ＥＤアレイ１が提供できる。

【００１８】さらに、このＬＥＤアレイ１においては、
充填するプラスチック性樹脂３８の量を多くして、封止
材が表示側基板３１の表面よりドーム形状に突出するよ
うな構成となっている。その結果、発光部より出射され
る光の指向角度が広がり、どこからでも適切に視認でき
る発光部が形成される。また、このレンズ機能を有する
突出部の形状を任意に変更することにより、任意の方向
に指向性のある発光部を形成したり、また所定の方向に
光を集中させて輝度を向上させることも可能となる。

【００１９】さらに、表示側基板３１のＬＥＤ実装基板
３０との接着面は、熱伝導率の高い金属薄膜で熱拡散用
のパターンが形成されている。したがって、ＬＥＤ素子
３２からの熱を外部に迅速に伝達・拡散させ、ＬＥＤア
レイ１の温度を下げることができる。このＬＥＤアレイ
１の温度について、図４にその特性を示す。図４に示す
ように、本実施の形態のＬＥＤアレイ１は、周囲温度に
関わらず常に、従来の同等のＬＥＤアレイに比べて、５
℃程度温度が低くなっていることがわかる。また、その
ように冷却が効率よく行えるので、ＬＥＤ素子３２によ
り大量の電流を印加することができ、さらにＬＥＤ素子
３２の輝度を上げることも可能となる。

【００２０】第２の実施の形態 本発明の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。
第２の実施の形態のＬＥＤアレイ２は、第１の実施の形
態のＬＥＤアレイ１の上に、さらに各発光部（開口部２
７）ごとにレンズが形成されたレンズアレイを搭載した
表示装置である。

【００２１】第２の実施の形態のＬＥＤアレイ２におい
て、ＬＥＤ実装基板３０および表示側基板３１により形
成される凹部２７には、表示側基板３１の表面より突出
しないようにプラスチック性樹脂３８を充填する。そし
て、この表示側基板３１のＬＥＤ実装基板３０とは反対
側に、各凹部２７ごとにガラスまたはプラスチックのレ
ンズが形成されたレンズアレイ４０を貼着する。このレ
ンズアレイ４０は、全体を一体的にガラスまたはプラス
チックにより成形したものでもよいし、ＬＥＤ実装基板
３０および表示側基板３１と同様に、基板に孔を形成
し、ここにガラスまたはプラスチックのレンズを嵌め込
んだような構成のものでもよい。

【００２２】このような構成のＬＥＤアレイ２によれ
ば、より均一でばらつきのない光を発光するＬＥＤアレ
イ２を提供することができる。そして、レンズアレイ４
０のレンズ形状を変更することにより、様々な光学特
性、指向特性の発光部を、精密に実現することができ、
所望の特性のＬＥＤ表示装置を提供することができる。

【００２３】第３の実施の形態 本発明の第３の実施の形態を図６を参照して説明する。
本発明の第３の実施の形態として、発光部を１つずつ有
するＬＥＤチップを示す。図６は、そのＬＥＤチップ３
（３ａ，３ｂ）の構成を示す図である。

【００２４】このＬＥＤチップは、各々発光部が１つで
あることを除いて、基本的な構成は前述した第１の実施
の形態のＬＥＤアレイ１および第２の実施の形態のＬＥ
Ｄアレイ２と同じである。すなわち、第１の基板ＬＥＤ
実装基板３０上に開口部を有する表示側基板３１を貼着
し、形成された凹部にＬＥＤ素子３２およびボンディン
グワイヤ３３を収容し、プラスチック性樹脂３８を充填
して封止した構成である。したがって、このＬＥＤチッ
プ３は、ＬＥＤアレイ１およびＬＥＤアレイ２と同様の
効果を有するものである。なお、ＬＥＤチップ３ａは、
プラスチック性樹脂３８を表示側基板３１の表面とほぼ
同じ高さあるいは若干低くなるまで凹部に充填して形成
したものであり、ＬＥＤチップ３ｂは、プラスチック性
樹脂３８が表示側基板３１の表面にドーム形状に突出す
るように充填して形成したものである。

【００２５】このＬＥＤチップ３は、前述した第１の実
施の形態のＬＥＤアレイ１を、各発光部ごとに切断・分
割して製造したものである。ＬＥＤ実装基板３０および
表示側基板３１の回路パターンを、各発光部ごとのパタ
ーンに変更しておけば、第１の実施の形態で示したのと
全く同じ構成・方法で製造したＬＥＤアレイ１を切断す
るのみで、このようなＬＥＤチップ３を大量に製造する
ことができる。すなわち、より高輝度で、輝度のバラツ
キが少なく、化学的要因および物理的要因のいずれから
も素子を保護することができ、製造工程も簡単で低コス
ト化が可能なＬＥＤチップを製造する際には、ＬＥＤア
レイ１を分割して製造すればよく、このようにして製造
されたＬＥＤチップ３も本発明の範囲内である。

【００２６】第４の実施の形態 本発明の第４の実施の形態を図７を参照して説明する。
第４の実施の形態のＬＥＤアレイ４は、第１の実施の形
態のＬＥＤアレイ１と同様の構成のＬＥＤアレイである
が、各凹部２７の中に３個のＬＥＤ素子３２ａ〜３２ｃ
を配置したものである。開口部２７に対応するＬＥＤ実
装基板３０上に、３個のボンディングパッド２９を構成
すればこのような構成のＬＥＤアレイ４を容易に構成す
ることができる。

【００２７】そして、このような構成にすれば、各発光
部の輝度をより高くすることができ、高輝度のＬＥＤア
レイを提供することができる。なお、開口部２７内に配
置されるＬＥＤ素子３２の数は、３個に限られるもので
はない。２個でも４個以上でもよく、スペースや発熱
量、消費電力などの許す限り、いくつ配置してもよい。

【００２８】第５の実施の形態 本発明の第５の実施の形態について説明する。第５の実
施の形態のＬＥＤアレイは、図示しないが、第４の実施
の形態のＬＥＤアレイとほぼ同じ構成であり、各凹部２
７の中に３個のＬＥＤ素子３２ａ〜３２ｃを配置したも
のである。しかしながら、第５の実施の形態のＬＥＤア
レイ１においては、これらの３個のＬＥＤ素子３２ａ〜
３２ｃ各々が発光する光の波長が異なる。すなわち、赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３つの色のＬＥＤ素子を
１つの開口部２７の中に配置した構成である。このよう
な構成のＬＥＤアレイによれば、各画素ごとに所望の色
を表示可能なカラーのＬＥＤ表示装置を構成することが
できる。

【００２９】変形例 なお、本発明は前述した第１〜第５の実施の形態に限ら
れるものではなく、さらに種々の改変が可能である。た
とえば、表示側基板に形成した孔は、いずれの場合も円
形状の孔であったが、矩形の孔でもよく、その形状は任
意である。また、基板の層数も、たとえば、４層、６層
・・・など、用途により任意に変更可能である。また、
ＬＥＤ素子は、ワイヤボンディングを用いて基板上に実
装するものとしたが、実装手段もこれに限られるもので
はなく、任意好適に変更してよい。また、ＬＥＤアレイ
として具えられる発光部（開口部）の数なども、表示装
置の用途などに応じて任意に変えてよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
より高輝度で、輝度のバラツキが少なく、化学的要因お
よび物理的要因のいずれからもＬＥＤ素子を保護するこ
とができ、製造工程も簡単で低コスト化が可能なＬＥＤ
表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のＬＥＤアレイを示
す図である。

【図２】図１に示したＬＥＤアレイの構造をより詳細に
説明するための、ＬＥＤ実装基板および表示側基板の断
面図である。

【図３】図２に示したＬＥＤ実装基板および表示側基板
よりなる図１に示したＬＥＤアレイの基板部分の製造工
程を示す流れ図である。

【図４】図１に示したＬＥＤアレイの温度特性を示す図
である。

【図５】本発明の第２の実施の形態のＬＥＤアレイを示
す図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態のＬＥＤチップを示
す図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態のＬＥＤアレイを示
す図である。

【図８】従来のＬＥＤアレイを説明するための図であ
る。

【図９】従来の他のＬＥＤアレイを説明するための図で
ある。

【図１０】従来のさらに他のＬＥＤアレイを説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１，２…ＬＥＤアレイ ３…ＬＥＤチップ ２１…絶縁用レジスト ２２…銅メッキ
層 ２３…銅箔 ２４…金属メッ
キ層 ２５…ワイヤボンディング用メッキ層 ２６…絶縁接着
シート ２７…開口部 ２８…バイヤー
スルーホール ２９…ボンディングパッド ３０…ＬＥＤ実
装基板 ３１…表示側基板 ３２…ＬＥＤ素
子 ３３…ボンディングワイヤ ４０…レンズアレイ ７，８，９…ＬＥＤアレイ ７１…プリント基板 ７２…ＬＥＤ素
子 ７３…ボンディングワイヤ ７４…樹脂コー
ト ７５…樹脂ポッティング ７６…保護樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 ▲昂▼ 東京都東村山市秋津町２−17−７ 株式会 社ヨシミツ理化内 (72)発明者 大川 賢一 東京都東村山市秋津町２−17−７ 株式会 社ヨシミツ理化内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の基板と、 前記第１の基板上の各々所定の位置に配置された複数の
   ＬＥＤ素子と、 前記第１の基板と貼着された基板であって、前記第１の
   基板に配置されている前記ＬＥＤ素子と対応する箇所の
   各々に所定の開口部が設けられ、該ＬＥＤ素子を当該開
   口部内に収容するような所定の厚さを有する第２の基板
   と、 前記第１の基板と貼着された前記第２の基板の前記開口
   部に充填され、当該開口部内に配置される前記ＬＥＤ素
   子を封止する封止部材とを有するＬＥＤ表示装置。